聚乳酸/弹性体/蒙脱土复合材料的制备及其结构、力学性能研究

摘要

聚乳酸(PLA)是一种由乳酸缩聚或丙交酯开环聚合而成的热塑性脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以应用到医疗卫生、服装、家用装饰、工业等多个领域，是最有前途的可生物降解高分子材料之一。但是，纯聚乳酸存在性脆、抗冲击性能差、加工性能有待提高、成本高等缺点，使聚乳酸的应用仍受到很大限制。为此，本论文采用层状粘土纳米复合材料增强和聚合物增韧共混改性的方法，综合聚合物/蒙脱土纳米复合材料和聚合物共混改性的优点，制备聚乳酸/EVA/蒙脱土复合材料，以改善聚乳酸力学性能。 论文首先对实验用聚乳酸、EVA、蒙脱土的基本性能进行测试分析。然后通过型微型共混挤出仪和哈克转矩流变仪制备了PLA/MMT和EVA/MMT复合材料，并通过广角X射线衍射(WAXD)、透射扫描电镜观察(TEM)、机械热分析(DSC)及动态机械热分析(DMA)、拉伸测试等方法对PLA/MMT和EVA/MMT复合材料的制备条件、结构和力学性能进行研究。最后，在PLA/MMT和EVA/MMT复合材料的基础上采用哈克转矩流变仪制备PLA/EVA/MMT三元共混复合材料，经冲击性能实验考查PLA/EVA/MMT复合材料的力学性能，并初步分析了复合材料韧性增加的原因。 通过实验及分析得到如下结论： (1)在哈克转矩流变仪上制备PLA/MMT时，MMT质量含量不宜超过10％且MMT为干态，较优的共混条件是145℃、80r/min、共混8min；EVA/MMT复合材料制备时MMT以湿态参与共混效果更好，共混温度为100℃，转速为60r/min，共混时间为15min时得到的共混物综合性能较好。 (2)通过微型共混仪和哈克转矩流变仪制备的PLA/MMT复合材料经WAXD、TEM、DSC和拉伸实验测试发现，MMT以纳米级聚集体的形式分布在PLA基体，原有的规整片层堆砌结构被破坏，形成部分剥离型的纳米复合材料，使PLA/MMT复合材料的弹性模量明显提高，同时使PLA的结晶度略有提高，熔点下降，但对PLA晶型无明显影响。 (3)通过微型共混仪和哈克转矩流变仪制备的EVA/MMT复合材料经多项实验测试后结果表明，与PLA/EVA复合材料相比经膨润后的MMT可以更小的纳米聚集体形式分布在EVA基体中，形成部分剥离型的纳米复合材料，MMT的加入对EVA结晶性能无明显影响，但也使EVA/MMT共混复合材料的弹性模量显著增大。 (4)在哈克转矩流变仪上制备PLA/EVA复合材料时，EVA质量含量应在20wt％以内，由于两组分相容性较差，选择加入马来酸酐接枝EVA进行增容，但经试验验证效果不明显。 (5)将PLA/EVA/MMT三者共混的复合材料进行冲击实验，试验结果表明，实验制备得到的P/E/M-1、P/E/M-2、P/E/M-5三元复合材料与纯PLA相比，冲击强度和冲击韧性均有较大提高，达到一定的增韧效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1聚乳酸的合成与基本结构、性能

1.2国内外聚乳酸的增韧改性研究现状

1.3本课题的主要研究内容与研究意义

第二章实验用原料及其基本性能测试分析

2.1共混用各组分原料

2.2各组分原料基本性能分析

第三章PLA/MMT、EVA/MMT复合材料的制备与结构、性能的研究

3.1实验用设备及复合材料的制备

3.2聚乳酸/蒙脱土、EVA/蒙脱土复合材料的结构、性能测试

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章聚乳酸/EVA/蒙脱土复合材料的制备及力学性能

4.1聚乳酸/EVA共混实验

4.2聚乳酸/EVA/蒙脱土复合材料的制备及力学性能

4.3本章小节

第五章结论与展望

5.1实验总结

5.2结论

5.3今后工作重点

参考文献

攻读学位期间发表论文情况

致谢